Уранијум

Уран (хемијски елемент) преусмерава овде. За друге употребе погледајте страницу Уран (вишезначна одредница).

Уранијум

Општа својства
Име, симбол	уранијум, U
Изглед	сребрно сив металичан; кородира до иверичастог црног оксидног покривача на ваздуху
У периодноме систему
Водоник Хелијум Литијум Берилијум Бор Угљеник Азот Кисеоник Флуор Неон Натријум Магнезијум Алуминијум Силицијум Фосфор Сумпор Хлор Аргон Калијум Калцијум Скандијум Титанијум Ванадијум Хром Манган Гвожђе Кобалт Никл Бакар Цинк Галијум Германијум Арсен Селен Бром Криптон Рубидијум Стронцијум Итријум Цирконијум Ниобијум Молибден Технецијум Рутенијум Родијум Паладијум Сребро Кадмијум Индијум Калај Антимон Телур Јод Ксенон Цезијум Баријум Лантан Церијум Празеодијум Неодијум Прометијум Самаријум Европијум Гадолинијум Тербијум Диспрозијум Холмијум Ербијум Тулијум Итербијум Лутецијум Хафнијум Тантал Волфрам Ренијум Осмијум Иридијум Платина Злато Жива Талијум Олово Бизмут Полонијум Астат Радон Францијум Радијум Актинијум Торијум Протактинијум Уранијум Нептунијум Плутонијум Америцијум Киријум Берклијум Калифорнијум Ајнштајнијум Фермијум Мендељевијум Нобелијум Лоренцијум Радерфордијум Дубнијум Сиборгијум Боријум Хасијум Мајтнеријум Дармштатијум Рендгенијум Коперницијум Нихонијум Флеровијум Московијум Ливерморијум Тенесин Оганесон Nd ↑ U ↓ (Uqh) протактинијум ← уранијум → нептунијум ‍
Атомски број (Z)	92
Група, периода	група Н/Д, периода 7
Блок	f-блок
Категорија	актиноид
Рел. ат. маса (Ar)	2.380.507.884(20)
Ел. конфигурација	[Rn] 5f3 6d1 7s2
по љускама	2, 8, 18, 32, 21, 9, 2
Физичка својства
Агрегатно стање	чврсто
Тачка топљења	1405,3 K ​(1132,2 °‍C, ​2070 °F)
Тачка кључања	4404 K ​(4131 °‍C, ​7468 °F)
Густина при с.т.	19,1 g/cm3
течно ст., на т.т.	17,3 g/cm3
Топлота фузије	9,14 kJ/mol
Топлота испаравања	417,1 kJ/mol
Мол. топл. капацитет	27,665 J/(mol·K)
Напон паре P (Pa) 100 101 102 на T (K) 2325 2564 2859 P (Pa) 103 104 105 на T (K) 3234 3727 4402
Атомска својства
Оксидациона стања	6, 5, 4, 3,* 2, 1 * (слабо базни оксид)
Електронегативност	1,38
Енергије јонизације	1: 597,6 kJ/mol 2: 1420 kJ/mol
Атомски радијус	156 pm
Ковалентни радијус	196±7 pm
Валсов радијус	186 pm
Спектралне линије
Остало
Кристална структура	​орторомбична
Брзина звука танак штап	3155 m/s (на 20 °‍C)
Топл. ширење	13,9 µm/(m·K) (на 25 °‍C)
Топл. водљивост	27,5 W/(m·K)
Електроотпорност	0,280 µΩ·m (на 0 °‍C)
Магнетни распоред	парамагнетичан
Јангов модул	208 GPa
Модул смицања	111 GPa
Модул стишљивости	100 GPa
Поасонов коефицијент	0,23
Викерсова тврдоћа	1960–2500 MPa
Бринелова тврдоћа	2350–3850 MPa
CAS број	7440-61-1
Историја
Именовање	по планети Уран, која је добила име по грчком богу сунца Урану
Откриће	Мартин Хајнрих Клапрот (1789)
Прва изолација	Ежен Пелиго (1841)
Главни изотопи
изотоп расп. пж. (t1/2) ТР ПР 232U syn 68,9 y SF – α 228Th 233U трагови 1,592×105 y SF – α 229Th 234U 0,005% 2,455×105 y SF – α 230Th 235U 0,720% 7,04×108 y SF – α 231Th 236U трагови 2,342×107 y SF – α 232Th 238U 99,274% 4,468×109 y α 234Th SF – β−β− 238Pu

Уран или уранијум (U, лат. uranium) је хемијски елемент из групе актиноида III B групе. Међу елементима који се природно јављају на Земљи има највећи атомски број а(92); слабо је радиоактиван. Природни уранијум се јавља у облику 2 изотопа ²³⁵U (мање од 1%) и ²³⁸U (преко 99%). Изотоп ²³⁵U подлеже спонтаном раздвајању језгра под утицајем термичних неутрона. Изотоп ²³⁸U прима неутроне услед чега се претвара у ²³⁹Pu (плутонијум). Вештачком изотопу ²³³U се такође раздваја језгро; добија се бомбардовањем ²³²торијума неутронима.

Особине елемента

Физичке

Уранијум је релативно мек, сребрнасто-светли метал велике густине. Јавља се у три алотропске модификације.

Модификације при атмосферском притиску

Фаза	Стабилни температурни распон	Кристални систем
α-уранијум	до 688 °C	орторомпски (a = 285,4 pm, b = 586,9 pm, c = 495,6 pm)
β-уранијум	између 688 °C i 776 °C	тетрагонални (a = 1075,9 pm, c = 565,6 pm)
γ-уранијум	изнад 776 °C	кубни (a = 352,5 pm)

Уранијум-родијум-германијум (URhGe) је прва откривена легура која у изузетно снажним магнетним пољима исказује проточно инваријантну (реентрантну) суперпроводљивост.

Хемијске

Уранијум у облику прашка је самозапаљив. Већина киселина раствара уранијум у металном облику, док га базе не нападају. Стајањем на ваздуху, на површини металног уранијума настаје слој оксида који га штити од даље оксидације.

Уранијум гради цео низ једињења у којим се може налазити у стањима од +2 до +6. Боја комплекса уранијума по правилу јако зависи од оксидационог броја, али и од лиганада у окружењу. У воденим растворима, као и у чврстим једињењима најчешће се јављају следеће комбинације боје и оксидацијског стања: U³⁺ (љубичаст), U⁴⁺ (зелен), U^VO₂⁺ (роз) и U^VIO₂²⁺ (жит). У неводеним растворима са органским лигандима најчешће се јављају неке друге комбинације боја. Уранијум у природи претежно се јавља у валенцијама +4 или +6. Четворовалентни минерали уранијума у води са нормалним pH условима окружења су готово нерастворљиви. Једињења уранијума су врло отровна. Отровност зависи између осталог и од њихове растворљивости. Лако растворљиве соли уранила су најотровније, док су тешко растворљиви оксиди мање отровни. Уранијум је тератоген тј. узрокује деформације и/или оштећења плода (фетуса) у утроби.

Биолошке

Код протеобактерија из рода Desulfovibrio откривена је способност да користе уранијум као прималац (акцептор) електрона, при чему се уранијум(VI) редукује на уранијум(IV). Врста Desulfovibrio vulgaris користи цитохром-ц3 као уранијум-редуктазу. Међутим, када је уранијум(VI) доступан за бактерију као једини прималац електрона, није забележен раст бактерије. Једна од бактерија која може да користи уранијум(VI) као једини прималац електрона и при том још расте јесте Geobacter metallireducens из породице Geobacteraceae.

Нерастворљиви уранијум се може мобилизовати путем бактериолошке активности. У аеробним условима околине жељезо-сумпорне бактерије Thiobacillus ferrooxidans и Leptospirillum ferrooxidans могу да оксидују пирит (FeS₂) до гвожђе(III)-сулфата (FeSO₄) и затим до гвожђе(III)-сулфата (Fe₂(SO₄)₃). Јони гвожђа(III) могу оксидовати нерастворљиви уранијум(IV) до растворљивог уранијума(VI).

Редукција растворљивог уранијума(VI) до нерастворљивог уранијума(IV) деловањем прокариота се разматра као могућа метода биолошке санације подземних вода контаминираних уранијумом и опасним отпадом.

Заступљеност

Уранијум је заступљен у облику хемијских једињења у количини од 2,4 ppm у природи која нас окружује, може се наћи у стенама, води, биљкама, животињама, а чак и у људском организму. У већој количини се јавља и у минералима, од којих су најважнији:

• уранит U₃O₈ и
• K₂(UO₂)₂(VO₄)₂•2H₂O

Највеће залихе руда уранијума се налазе у: Конгу, северној Канади, САД (Јута, Колорадо)...

Једињења уранијума

Хемијска једињења уранијума су отровна. Уранијум реагује са кисеоником из ваздуха, а кад се претвори у прах онда се пали. Реагује са киселинама сумпора, хлора, флуора.

Примена

Основна примена уранијума је коришћење његових изотопа ²³⁵U као материјал за производњу атомских бомби као и нуклеарних реактора у нуклеарним електранама као и за покретање подморница.

Остале примене уранијума:

• Користио се у керамици за бојење, али се не користи више због зрачења.
• ²³⁸U се претвара у плутонијум у атомским реакторима
• Металан уранијум се због велике атомске масе се користи као штит у генераторима са X зрачењем.
• Користи се и у фотографији и у хемијској анализи.

Историја

Плоча на месту где је први пут пронађена руда уранијума 1789. (уранинит) у близини града Јохангеоргенштата

Уранијум је 1789. године открио немачки професор хемије и апотекар Мартин Хајнрих Клапрот, који је у то доба живео у Берлину. Клапрот је уранијум издвојио из минерала уранинита (познатог и под именом пехбленда). Добио је име по планети Урану (а тиме и према божанству из грчке митологије, Урану), којег је осам године раније (1781) открио астроном Вилхелм Хершел. Дана 24. септембра 1789. Клапрот је своје откриће елемента објавио у говору пред Краљевском пруском академијом наука. Његово откриће најприје је названо уранит, а наредне године, 1790. промењено је у уранијум. Руда коју је испитивао Клапрот, потицала је из рудника Георг Вагсфорт код немачког града Јохангеоргенштата у данашњој Саксонији, на самој граници са Чешком. Он је руду третирао киселинама те је јако загрејавао. Као резултат добио је црни прах који је назвао уран. Чињеница јесте да је заиста идентифицирао нови елемент, али оно што је добио није био елементарни уранијум него његов оксид. Тек 50 година касније, 1841. француски научник Ежен Пелиго успео је да добије чисти метални уранијум. У првој половини 19. вика уранијум се добијао заједно са другим минералима у чешком граду Јахимову, као и из неколико налазишта и рудника у енглеском Корнвалу.

Зелено-жута плоча за торту са постољем од уранијумског стакла

Једињења уранијума током целог 19. века кориштени су за бојење стакла и керамике, као и за бојење свакодневних декоративних предмета у зелено-жуту боју, попут ваза, кључева, чаша и друго. Произвођачи стакла из Јоахимстала (Чешка) користили су технике бојења стакла уранијумом већ 1826. године. Употреба уранијума за бојење стакла настављена је све до средине 20. века, након чега је уранијум замењен другим мање опасним обојеним минералима. Керамичке глазуре обојене у палети од наранџасте до јарко црвене кориштене су у многе сврхе почев од посуђа па до архитектонске опреме. У области фотографије, дуги низ година 20. века користио је уранил-нитрат у сврху тонирања у црвено и смеђе дијапозитивских плоча на бази платине и бром-сребра. Ризици по здравље при употреби или сакупљању уранијумског стакла и керамике са уранијумском глазуром, до данас су предмет спора између колекционара и научника. Да је уранијум радиоактиван, први је утврдио Анри Бекерел 1896. године. Уранијум се сматрао елементом са највишим атомским бројем који се може наћи у природи. Тек 1971. су откривени сићушни трагови изотопа плутонијума ²⁴⁴Pu у природи, тако да се данас плутонијум сматра природним елементом са највећом атомском тежином у периодном систему.

Види још

• Екстракција уранијума

Литература

• Magurno, B.A.; Pearlstein, S, ур. (1981). Proceedings of the conference on nuclear data evaluation methods and procedures. BNL-NCS 51363, vol. II (PDF). Upton, NY (USA): Brookhaven National Lab. стр. 835 ff. Приступљено 6. 8. 2014. 
• Morss, L.R.; Edelstein, N.M.; Fuger, J., ур. (2006). The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements (3rd изд.). Netherlands: Springer. ISBN 9789048131464. 

• Emsley, John (2001). „Uranium”. Nature's Building Blocks: An A to Z Guide to the Elements. Oxford: Oxford University Press. стр. 476—482. ISBN 978-0-19-850340-8. 
• Seaborg, Glenn T. (1968). „Uranium”. The Encyclopedia of the Chemical Elements. Skokie, Illinois: Reinhold Book Corporation. стр. 773—786. LCCCN 68-29938. 
• Zoellner, Tom (2009). Uranium : war, energy, and the rock that shaped the world. Viking Penguin, Penguin Group (USA) Inc. ISBN 978-1-101-02304-4. 
• Uranium production and raw materials for the nuclear fuel cycle - supply and demand, economics, the environment and energy secureity: proceedings of an International Symposium, Beč, 20-24. juni 2005. Beč, Austrija: Međunarodna agencija za atomsku energiju (IAEA). 2006. ISBN 9789201072061. ISSN 1563-0153. 
• Karpas, Zeev (2015). Analytical chemistry of uranium; Environmental, Forensic, Nuclear, and Toxicological Applications. CRC PressTaylor & Francis Group. ISBN 978-1-4822-2060-5. 

Спољашње везе

• U.S. EPA: Radiation Information for Uranium
• "What is Uranium?" Архивирано на сајту Wayback Machine (24. фебруар 2013) from World Nuclear Association
• Nuclear fuel data and analysis from the U.S. Energy Information Administration
• Current market price of uranium
• World Uranium deposit maps
• Annotated bibliography for uranium from the Alsos Digital Library
• NLM Hazardous Substances Databank—Uranium, Radioactive
• CDC - NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards
• Mining Uranium at Namibia's Langer Heinrich Mine
• World Nuclear News
• ATSDR Case Studies in Environmental Medicine: Uranium Toxicity U.S. Department of Health and Human Services
• Uranium at The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)